稠杂环小分子和异靛蓝基聚合物的设计合成及其器件性能研究

发布时间：2020-10-31 23:42

　　 有机场效应晶体管(OFET)由于其具有质轻价廉、可溶液加工、大面积制备及柔性等突出的特点在射频识别标签、电子纸及柔性显示等有机电子领域具有非常广阔的应用前景。设计合成综合性能优异的有机半导体材料、晶体管器件中有机半导体材料载流子传输机理及相应的构-性关系是目前有机场效应晶体管研究领域的两个重大科学难题。基于高性能有机半导体材料比较匮乏的研究现状以及载流子传输机制尚不明确等严峻挑战,本论文设计合成了一系列稠环有机小分子以及异靛蓝基聚合物并深入研究了其物化性质及OFET器件性能。主要研究内容如下:1.设计合成了D-A型五元稠杂环小分子IC-DDTPTI和IDC-DDTPTI,详细研究了不同程度拉电子能力受体单元(A)对材料的紫外-可见吸收光谱、电化学以及OFET器件性能的影响。实验结果表明:以IC-DDTPTI为半导体材料的晶体管器件表现为均衡的双极性:最高电子迁移率为0.40 cm~2V~(-1)s~(-1)、最大空穴迁移率为0.18 cm~2V~(-1)s~(-1);而含有更强拉电子能力受体单元IDC的有机半导体材料IDC-DDTPTI,其具有更低的LUMO能级(–4.0 eV),相应地晶体管器件则表现为单极性的n-型电荷传输特性,并且该分子具有非常好的溶解性!这将为设计合成D-A型高性能有机半导体分子提供新型受体单元,推动新型D-A结构高性能半导体材料在OFET领域的快速发展;2.设计合成了基于异靛蓝结构的A_1-D-A_2-D型共轭聚合物PIIDDTBT和PIIDDTffBT,详细研究了氟原子取代基对聚合物的紫外-可见吸收光谱、电化学以及OFET器件性能的影响。实验结果表明:基于不含氟原子取代基的共轭聚合物PIIDDTBT的晶体管器件表现为双极性传输(电子/空穴迁移率分别为10~(-2)/10~(-3)cm~2V~(-1)s~(-1));引入氟原子取代基进一步降低了化合物PIIDDTffBT的能级,并且在聚合物共轭骨架上形成F…S构象锁,使得聚合物分子排列更加有序规整,因此其相应的晶体管器件表现出性能优异地均衡双极性传输(最高空穴/电子迁移率均超过0.1 cm~2V~(-1)s~(-1))!该工作也进一步证实了氟原子取代基的引入对基于异靛蓝聚合物的载流子传输特性产生了非常重要的影响;3.设计合成了基于联噻吩并吡咯结构的八元稠环醌式分子Q2P3TT,通过紫外-可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振谱、质谱、EPR、SQUID、DFT理论计算等一系列表征手段证实该分子具有典型的双自由基特性!4.通过在反式二苯乙烯骨架上引入给电子基团甲硫基并改变卤素取代基的类型以及位置设计合成了五个化合物Br-DPE、Br-BMTPE、Cl-BMTPE、I-BMTPE、Br*-BMTPE,并对该系列化合物的紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱、单晶结构进行表征,系统研究了给电子基团、卤素取代基类型及位置对聚集态中卤卤相互作用的影响。实验结果表明:化合物Br-BMTPE、Cl-BMTPE、I-BMTPE形成了强的卤素–卤素相互作用,化合物Br-DPE、Br*-BMTPE中不存在卤素–卤素相互作用,进一步证实了给电子基团和卤素取代基类型及位置对卤素–卤素相互作用的形成至关重要;另外,形成卤素–卤素相互作用的化合物Br-BMTPE、Cl-BMTPE具有强的π-π相互作用,但依然表现出很强的荧光特性,这为设计合成兼有导电和发光特性的功能性材料提供了新思路。
【学位单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN386;O631
【部分图文】：

图 1-1 有机场效应晶体管的应用领域本论文主要研究工作就是紧密围绕着有机场效应晶体管展开的，设计合成了一系列新型的有机半导体材料并对其基本的光学、电学性质进行表征，进一步探讨了分子结构与器件性能之间的关系。下面本论文将简要介绍一下有机场效应晶

图 1-2 有机场效应晶体管的四种基本结构缘层和源漏电极之间形成类似于“夹心”结构，从而导致有机半导体层的生长结构和性能不同，并且其接触电阻也相对较大，因此会对晶体管的性能产生很大的影响[17-18]。综合以上论述，顶接触结构器件的性能一般会优于底接触结构器件性

图 1-3 有机场效应晶体管的基本原理图1.5 衡量有机场效应晶体管性能的主要参数衡量有机场效应晶体管性能的主要参数有：迁移率（μ）、开关比（Ion/Ioff）、
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本文编号：2864685